具有半导体性质的非晶态材料。非晶态半导体是半导体的一个重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人开始了对硫系玻璃的研究，当时很少有人注意，直到1968年S.R.奥弗申斯基关於用硫系薄膜制作开关器件的专利发表以后，才引起人们对非晶态半导体的兴趣。1975年W.E.斯皮尔等人在硅烷辉光放电分解制备的非晶硅中实现了掺杂效应，使控制电导和制造PN结成为可能，从而为非晶硅材料的应用开辟了广阔的前景。在理论方面，P.W.安德森和莫脱，N.F.建立了非晶态半导体的电子理论，并因而荣获1977年的诺贝尔物理学奖。目前无论在理论方面，还是在应用方面，非晶态半导体的研究正在很快地发展著。
分类 目前主要的非晶态半导体有两大类。
硫系玻璃。含硫族元素的非晶态半导体。例如As-Se、As-S，通常的制备方法是熔体冷却或汽相沉积。
四面体键非晶态半导体。如非晶Si、Ge、GaAs等，此类材料的非晶态不能用熔体冷却的办法来获得，只能用薄膜淀积的办法(如蒸发、溅射、辉光放电或化学汽相淀积等)，只要衬底温度足够低，淀积的薄膜就是非晶态结构。四面体键非晶态半导体材料的性质，与制备的工艺方法和工艺条件密切相关。图1 不同方法制备非晶硅的光吸收系数 给出了不同制备工艺的非晶硅光吸收系数谱，其中a、b制备工艺是硅烷辉光放电分解，衬底温度分别为500K和300K，c制备工艺是溅射，d制备工艺为蒸发。非晶硅的导电性质和光电导性质也与制备工艺密切相关。其实，硅烷辉光放电法制备的非晶硅中，含有大量H，有时又称为非晶的硅氢合金；不同工艺条件，氢含量不同，直接影响到材料的性质。与此相反，硫系玻璃的性质与制备方法关系不大。图2 汽相淀积溅射薄膜和熔体急冷成块体AsSeTe的光吸收系数谱 给出了一个典型的实例，用熔体冷却和溅射的办法制备的AsSeTe样品，它们的光吸收系数谱具有相同的曲线。
非晶态半导体的电子结构 非晶态与晶态半导体具有类似的基本能带结构，也有导带、价带和禁带(见固体的能带)。材料的基本能带结构主要取决於原子附近的状况，可以用化学键模型作定性的解释。以四面体键的非晶Ge、Si为例，Ge、Si中四个价电子经sp杂化，近邻原子的价电子之间形成共价键，其成键态对应於价带；反键态对应於导带。无论是Ge、Si的晶态还是非晶态，基本结合方式是相同的，只是在非晶态中键角和键长有一定程度的畸变，因而它们的基本能带结构是相类似的。然而，非晶态半导体中的电子态与晶态比较也有著本质的区别。晶态半导体的结构是周期有序的，或者说具有平移对称性，电子波函数是布洛赫函数，波矢是与平移对称性相联系的量子数，非晶态半导体不存在有周期性， 不再是好的量子数。晶态半导体中电子的运动是比较自由的，电子运动的平均自由程远大於原子间距；非晶态半导体中结构缺陷的畸变使得电子的平均自由程大大减小，当平均自由程接近原子间距的数量级时，在晶态半导体中建立起来的电子漂移运动的概念就变得没有意义了。非晶态半导体能带边态密度的变化不像晶态那样陡，而是拖有不同程度的带尾(如图3 非晶态半导体的态密度与能量的关系 所示)。非晶态半导体能带中的电子态分为两类：一类称为扩展态，另一类为局域态。处在扩展态的每个电子，为整个固体所共有，可以在固体整个尺度内找到；它在外场中运动类似於晶体中的电子；处在局域态的每个电子基本局限在某一区域，它的状态波函数只能在围绕某一点的一个不大尺度内显著不为零，它们需要靠声子的协助，进行跳跃式导电。在一个能带中，带中心部分为扩展态，带尾部分为局域态，它们之间有一分界处，如图4 非晶态半导体的扩展态、局域态和迁移率边 中的和，这个分界处称为迁移率边。1960年莫脱首先提出了迁移率边的概念。如果把迁移率看成是电子态能量的函数，莫脱认为在分界处和存在有迁移率的突变。局域态中的电子是跳跃式导电的，依靠与点阵振动交换能量，从一个局域态跳到另一个局域态，因而当温度趋向0K时，局域态电子迁移率趋於零。扩展态中电子导电类似於晶体中的电子，当趋於0K时，迁移率趋向有限值。莫脱进一步认为迁移率边对应於电子平均自由程接近於原子间距的情况，并定义这种情况下的电导率为最小金属化电导率。然而，目前围绕著迁移率边和最小金属化电导率仍有争论。
缺陷 非晶态半导体与晶态相比较，其中存在大量的缺陷。这些缺陷在禁带之中引入一系列局域能级，它们对非晶态半导体的电学和光学性质有著重要的影响。四面体键非晶态半导体和硫系玻璃，这两类非晶态半导体的缺陷有著显著的差别。
非晶硅中的缺陷主要是空位、微空洞。硅原子外层有四个价电子，正常情况应与近邻的四个硅原子形成四个共价键。存在有空位和微空洞使得有些硅原子周围四个近邻原子不足，而产生一些悬挂键，在中性悬挂键上有一个未成键的电子。悬挂键还有两种可能的带电状态：释放未成键的电子成为正电中心，这是施主态；接受第二个电子成为负电中心，这是受主态。它们对应的能级在禁带之中，分别称为施主和受主能级。因为受主态表示悬挂键上有两个电子占据的情况，两个电子间的库仑排斥作用，使得受主能级位置高於施主能级，称为正相关能。因此在一般情况下，悬挂键保持只有一个电子占据的中性状态，在实验中观察到悬挂键上未配对电子的自旋共振。1975年斯皮尔等人利用硅烷辉光放电的方法，首先实现非晶硅的掺杂效应，就是因为用这种办法制备的非晶硅中含有大量的氢，氢与悬挂键结合大大减少了缺陷态的数目。这些缺陷同时是有效的复合中心。为了提高非平衡载流子的寿命，也必须降低缺陷态密度。因此，控制非晶硅中的缺陷，成为目前材料制备中的关键问题之一。
硫系玻璃中缺陷的形式不是简单的悬挂键，而是“换价对”。最初，人们发现硫系玻璃与非晶硅不同，观察不到缺陷态上电子的自旋共振，针对这表面上的反常现象，莫脱等人根据安德森的负相关能的设想，提出了MDS模型。当缺陷态上占据两个电子时，会引起点阵的畸变，若由於畸变降低的能量超过电子间库仑排斥作用能，则表现出有负的相关能，这就意味著受主能级位於施主能级之下。用 D、D、D 分别代表缺陷上不占有、占有一个、占有两个电子的状态，负相关能意味著：
2D —→ D+D
是放热的。因而缺陷主要以D、D形式存在，不存在未配对电子，所以没有电子的自旋共振。不少人对D、D、D缺陷的结构作了分析。以非晶态硒为例，硒有六个价电子，可以形成两个共价键，通常呈链状结构，另外有两个未成键的 p电子称为孤对电子。在链的端点处相当於有一个中性悬挂键，这个悬挂键很可能发生畸变，与邻近的孤对电子成键并放出一个电子(形成D)，放出的电子与另一悬挂键结合成一对孤对电子(形成D)，如图 5 硫系玻璃的换价对 所示。因此又称这种D、D为换价对。由於库仑吸引作用，使得D、D通常是成对地紧密靠在一起，形成紧密换价对。硫系玻璃中成键方式只要有很小变化就可以形成一组紧密换价对，如图6 换价对的自增强效应 所示，它只需很小的能量，有自增强效应，因而这种缺陷的浓度通常是很高的。利用换价对模型可以解释硫属非晶态半导体的光致发光光谱、光致电子自旋共振等一系列实验现象。
应用 非晶态半导体在技术领域中的应用存在著很大的潜力，非晶硫早已广泛应用在复印技术中，由S.R.奥夫辛斯基首创的 As-Te-Ge-Si系玻璃半导体制作的电可改写主读存储器已有商品生产，利用光脉冲使碲微晶薄膜玻璃化这种性质制作的光存储器正在研制之中。对於非晶硅的应用目前研究最多的是太阳能电池。非晶硅比晶体硅制备工艺简单，易於做成大面积，非晶硅对於太阳光的吸收效率高，器件只需大约1微米厚的薄膜材料，因此，可望做成一种廉价的太阳能电池，现已受到能源专家的重视。最近已有人试验把非晶硅场效应晶体管用於液晶显示和集成电路。
因为集成电路是由许多的半导体器件以及电阻等元件组合起来的，而其中半导体器件起着核心的作用，因此懂得半导体器件是设计好集成电路的一个重要条件。当然，你如果不懂得半导体器件物理，只是把其中的半导体器件当作为一个个黑匣子，应用现有的设计软件，这样也可以设计集成电路，但是要设计得很好、并且有所创造，就不可能了。
一.教学内容◇教学内容体系结构、组织方式与目的
◇实践性教学的设计思想
◇教学内容体系结构、组织方式与目的
结合近年来国内外电子材料及相关领域的高速发展、电子科学与技术（固体电子）专业的固有特点和本课程的特色，并考虑到我校该专业在国内的重要影响，在进行课程体系结构设计、教学内容组织方式与目的时，主要把握以下三个原则：
① 介电－磁性－半导体三者的结合作为未来该专业的发展方向和培养特色；
② 将材料－器件－系统三者的结合作为拓宽学生知识结构；
③ 将材料－器件－集成－封装－设计一条龙作为社会需求牵引。
同时在教材建设方面：
采用循环滚动的形式，三年一次审查和翻新，选购一批、编写一批、规划一批的建设思路。
本课程的教学内容分为九章：电子材料概论、导电材料、电阻材料、超导材料、半导体材料、电介质材料、光电子材料、磁性材料、敏感电子材料。系统地介绍了电子信息产业中所涉及的主要电子材料的制造主法、结构特征、电磁性能、元器件设计和应用开发等所需的材料基础知识。根据本专业的特点与要求重点讲述第六章和第八章，第二、三章为自学，其它章节作一般讲解。
◇实践性教学的设计思想
以知识、能力、素质的全面培养要求，达到提高学生的"独立思维能力"，"独立学习能力"，"分析问题和解决问题的能力"和增强学生的"专业意识"、"创新意识"为目标的实践性教学设计思想。
在既定的实践教学设计思想指导下，精心指定教学内容。实验教学内容的特色主要集中于：
（1）理论与实践相结合，实验内容新、应用性强。实验教学特别强调理论教学与实验环节的结合。4学时的理论教学内容重点从电子材料的制备工艺、微观结构与性能评价及元器件制作三者的联系来分析目前电子材料制备工艺的常用方法及所涉及的关键步骤，并比较了这些方法的适应性。教学内容源自科研项目，内容新、学术性强。学生所进行的实验项目皆来源于科研项目的研究内容，实验内容新、工艺手段先进，从而保证了实验内容的学术性、技术先进性，增强学生从事科学研究的意识。
（2）从材料工艺、测试分析与性能表征到元器件制作的全过程教学。本课程的实验环节教学内容从电子材料的制备工艺、微观结构与性能的表征及元器件结构设计与试制三方面来进行。通过工艺实验使学生熟悉电子材料的制备方法、流程与关键工序，理解并掌握关键工艺参数对电子材料结构与性能的影响，充分认识电子材料的制备技术与工艺控制的重要性；通过对学生在工艺环节制得的样品微结构与电磁特性分析，使学生掌握电子材料理化特性的常用评价手段及介电、磁电参数的表征技术，培养学生从调整材料制备工艺、控制微结构与相组成及优化电子材料的电磁特性三方面结合开展电子材料研究的意识；按照不同材料样品的理化性能所表现的特定功能，试制成不同功能的元器件，藉此培养学生对电子材料功能特性的应用能力，使学生获得一定元器件的设计、开发能力。
本课程的实验教学环节强调学生科研开发素质、生产实践能力的培养与提高，实验教学方法的特色主要表现在如下两方面：
（1）实验教学环节、实践环节结合校内科研开发与企业工业化生产。对电子材料与器件制造的认识，开阔产业视野，使学生充分了解本学科在电子信息产业中的地位，除了利用校内科研平台来开展实验教学外，实验教学还结合了本学科专业科研成果转化的合作企业进行深入的实践性教学，从而有效地调动学生的实验积极性，激发学生的实验兴趣。
（2）采用分组实验与集中讨论相结合的"交互式"实验教学方法。学生在导师对将进行的实验介绍基础上分小组进行实验，在完成本次实验或实验工作间歇（如需要等待设备运行的升温等过程），对实验的原理、实验技术与方法、实验现象与结果及本实验所涉及的科学研究与工业化应用等方面进行集中讨论，从而使同学们能尽可能地从实验中加深对基本原理与知识的理解，充分认识基本实验技术与方法，完整了解开展科学研究的实验思路与工作精神，并促进学生积极地思考将理论知识应用于实践。
综上所述，正确的教学指导思想、新颖的实践教学内容、先进的教学手段与方法保证了优良的教学效果。（1）加大工艺实验课程力度，提高学生动手能力。经过近5年的实践证明，学生普遍提高了动手能力，受到企业的极大的欢迎，我专业连续三年保持96％就业率，得益于课程及实践环节的改革；（2）校际合作，以交流促进课程改革。我校的课程改革与同行学校，如天津大学、西安电子科大、华中科技大学、上海交通大学在相互协调统一体系改革的同时，又相互保持自己的特色，如电子科技大学保持自身45 年来在电子陶瓷和磁性材料的国内外影响优势，在课程体现中以此两个方面为主流，其他方面为辅进行改革，促进各校合作，保持特色，共同发展。
二.《电子材料》教学大纲（电子科学与技术固体电子专业－68学时）
1.电子科学与技术专业本科学生、材料科学与工程专业本科生。
2、 先修课程：
固体物理，材料物理化学，磁性物理，电介质物理。
3、 课程性质和教学目的
《电子材料》为电子科学与技术重要专业课程。《电子材料》主要包括电子材料的制备方法、结构特征、电磁特性及影响因素、元器件设计和应用开发等所需的材料基础知识，该领域的最新发展等。为研制电子材料奠定理论与实践基础。
学生学习本课程后，更深入掌握电介质物理、磁性物理的基础知识，具备从事电子材料生产、研究、应用和开发的基本能力；本课程又为后续专业课程基础，直接同电子元器件和电子材料测量密切结合。
4、 课程教学内容和要求
第一章 电子材料概论
1). 电子材料的分类与特点
2). 无机电子材料
3). 有机电子材料
4). 电子材料的表面与界面
5). 电子材料的常用微观分析方法
6). 电子材料的应用与发展动态
第二章 导电材料
1). 金属导电材料
2). 电极导电材料
3). 厚膜导电材料
4). 薄膜导电材料
5). 复合导电材料
6). 导电聚合物
第三章 电阻材料
1). 电阻材料概述
2). 线绕电阻材料
3). 薄膜电阻材料
4). 厚膜电阻材料
第四章 超导材料
1). 引言
2). 超导材料的基本性质与理论基础
3). 低温超导材料
4). 高温超导材料发展现状
5). 高温超导材料的结构特征
第五章 半导体材料
1). 半导体材料的一般性质
2). 锗、硅半导体材料
3). Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体
4). Ⅱ-Ⅵ族化合物和硫属半导体
第六章 电介质材料
1). 电容器介质材料
2). 铁电材料
3). 压电材料与热释电材料
4). 微波陶瓷介质材料
5). 玻璃电介质材料
6). 有机电介质材料
第七章 光电子材料
1). 固体激光材料
2). 半导体发光材料
3). 光导纤维材料
4). 透明导电薄膜材料
5). 其他光电材料
第八章 磁性材料
1). 材料的磁性
2). 软磁材料
3). 永磁材料
4). 旋磁材料
5). 压磁材料
6). 磁光材料
7). 其他新型磁性材料
第九章 敏感电子材料
1). 敏感材料的分类
2). 力敏材料
3). 热（温）敏材料
4). 磁敏材料
5). 湿敏材料和气敏材料
6). 离子敏材料
7). 电压敏感电阻器材料
8). 有机敏感电子材料
根据专业的特点与要求重点讲述第六章和第八章，第二、三章为自学，其它章节作一般讲解。
五、 学时安排 : 共68学时
第1章. 电子材料概论 （学时2）
第2章. 导电材料 （学时0）
第3章. 电阻材料 （学时0）
第4章. 超导材料 （学时5）
第5章. 半导体材料 （学时6）
第6章. 电介质材料 （学时20）
第7章. 光电子材料 （学时5）
第8章. 磁性材料 （学时20）
第9章. 敏感电子材料 （学时6）
六、 实践性环节：12个实验，10～20学时。
七、 教材
《电子材料》，李言荣、恽正中 北京：清华大学出版
《磁性材料》，兰中文等 北京：电子工业出版
《无机电介质》，李标荣等 武汉：华中科技大学出版
八、 编制说明
本大纲由电子科技大学微电子与固体电子学院《电子材料》课程建设组编制。
教学条件
1．教材建设与使用
"电子材料"为电子科学与技术（固体电子专业）重要专业基础课程，本专业十分重视"电子材料"以及相关主干教材的建设，其中有3部教材被列入高等学校工科电子类规划教材，获电子类专业优秀教材一等奖1项。
现用教材《电子材料导论》为我校李言荣教授等人在融合该领域最新研究成果后编著而成，该书经全国高校电子材料与元器件教学指导委员会审定，于2001年由清华大学出版社出版。该教材是根据当前我国高等教育学科调整后的形势，以拓宽专业中径、增强适应性和大力培养具有创新能力的复合型人才为目的，将原分散在电子材料与器件、半导体技术、光电子技术等专业的课程浓缩综合并成一门"电子材料与导论"新的课程。与其它同类教材相比，具有鲜明的特色。根据本校本专业的特点，重点讲授磁性材料和电子陶瓷材料，辅助教材分别为电子工业出版社出版的《磁性材料》和电子科技大学出版社出版《电子陶瓷》。
再版《电子材料导论》正在编辑出版之中，为建设该课程的的立体化教材，还将编辑出版《电子材料习题及解答》、《电子材料实验教程》及《多媒体电子教材》等。
2．教学辅助资料情况
1）习题与练习及参考答案。通过多年的教学积累，包括教学中各种参考资料上的习题与练习、学生的平时作业、考试题等，我们已汇集了很多，准备再进一步充实后，单独编辑出版。
2）知识扩展。为了拓宽同学们的知识面，我们收集了许多参考文献，包括书籍、论文、网站、国外培训资料等作为课外读物，在准备充分后，再行集中收集在本课程的网站上，便于同学们通过过广泛阅读，进一步了解本门课程的前沿发展动态。
3）专业方向指导。为了便于同学们进一步了解本门课程及自己感兴趣的领域，每为同学均可以在全院范围内选择具有副教授职称以上的老师作为指导教师，进行一对一的咨询，经指导教师的同意，甚至可以直接参与具体的课题工作，从而，提高了同学们的学习积极性。
3．实验教材及其平台建设
本课程是一门实践性很强的专业基础课程，为使学生更好的理解和掌握主要电子材料的制造方法、结构特征、电磁性能、元器件设计和应用等所需的材料基础知识，我们提供了丰富的课程配套实验，为实验提供了一个很好的综合实验教学环境，为配合教学，我们编写了教学大纲、实验指导书等。同时将课程实验安排为三个部分，即与电子材料课程配套的测试实验，课程设计实验和综合大型工艺实验，分别在本课专业实验室，科研实验室和校外实习基地开放，本课程专业实验室面积150m2，每周轮流做实验，科研实验室的课程设计安排2个，由各课题组负责实施，校外大型综合实验每学年在6月底安排一次，这样就变传统的见面讲述为走进实验现场学习。学生综合素质和实验动手能力得到了全面提高，国内用人单位非常欢迎。
4．实践性教学环境
1． 功能设施齐全的多媒体教学环境；
2． 专业性实验室建设包括：制备工艺设备及测试分析仪器、耗材和维护经费等。
3． 良好的校外互动实习环境：成都宏明电子科大新材料有限公司是由我国著名的电子元件骨干企业--成都宏明电子股份有限公司与我校共同出资兴建的高新技术企业。
5．网络教学环境
本课程的教学网站直接位于电子科技大学现代教育技术中心，该中心能保证网站一天 24 小时开通。提供了基本的网络教学环境，教学资源和互动资源，包括：教学大纲、授课教案、习题自测、实验辅导、参考文献、视频资料、网页课程、教师简介、重点难点、专题设计等内容。下阶段工作目标是进一步维护、规范、充实与完善。
教学方法和手段
◇教学方法
◇教学手段
◇教学方法
根据《电子材料》这门课的特点和教学基本规律，通过本课程组多年不断探索和改革，本课程的理论教学、实践实验教学和考试考核方法行之有效，课程特色明显。在教学实践中主要运用了"传统教学方法与现代教育技术相结合"、"课堂讲授重点与一般相结合"、"理论教学与实验教学相结合"；"校内实践教学与校外实习基地相结合"、"辅导答疑与课外活动相结合"、"理论考试与实践技能相结合"等教学方法，提高了学生的"独立思维能力"，"独立学习能力"，"分析问题和解决问题的能力"，增强了学生的"专业意识"、"创新意识"，使毕业的学生在电子材料与元器件及相关领域具有较强的研发能力。
◇教学手段
1. 课堂教学手段--多媒体教学与传统板书讲授相结合：
传统教学方式是教师利用黑板、粉笔、教案等，在一般教室进行授课的一种教学方式，而多媒体辅助教学方式则是在授课过程中利用投影仪、计算机、网络等多种现代媒体，在多媒体教室进行授课的一种新的教学方式。在本课程的课堂教学中，我们精心设计了本课程的Powerpoint多媒体讲稿，讲稿内容图文并茂，寓教于乐，使抽象问题形象化，有利于培养和激发学生的学习兴趣，便于学生对知识点的理解和运用。通过多媒体课件的使用，还可以节约传统的板书时间，增加课堂教学的信息量，提高学习效率。其次，适当地结合板书、在黑板上的演算过程，既可以使学生不感觉枯燥，又能使学生的思考与教师同步。
2. 现代教学手段--网上教学：
本课程还充分利用了现代化的教学手段。丰富的网上教学资源，为学生自学与复习提供了方便，也极大地增强了教师和学生、学生和学生之间的交互性、打破了教师和学生、学生和学生之间的相对孤立状态。这种交互性是近乎实时的，而且可以利用多种渠道实现，比如：电子邮件，BBS，网上在线交谈等；教学大纲介绍本课程的教学目的和要求；电子课件即课堂讲课的PowerPoint多媒体课件，并制作成了网页的形式，便于学生对课堂上未能理解和掌握的内容在课前预习和课后复习；电子教案（Word文档）则指出了课程中各章节内容的重点和难点，并对其进行讲解；通过网上习题，可使学生及时得到有关自己学习过程的反馈及有针对性的诊断，使得学生能够及时调整自己的学习；网络同多媒体技术、虚拟现实技术相结合，可实现虚拟图书馆、，虚拟实验室、虚拟课堂等，为学生提供多层次、全方位的学习资源，可引导学生由被动式学习向主动式学习转变；网上提问与网上答疑可随时解答学生在学习中的问题；网上讨论是由学生和教师共同参与的自由论坛，学生间也可相互交流经验。
3. 辅助教学手段--实验教学与理论教学相结合
在理论教学的基础上，我们还精心设计了相关的实验，如陶瓷显微结构的观察、PTC热敏电阻的阻温特性、PTC热敏电阻的伏安特性等。通过这些实验，可以使学生全面掌握电子陶瓷的结构，成分、杂质、缺陷、工艺过程对陶瓷结构、性能及电子过程的影响等，加强学生对课堂教学内容的理解。
4. 科研成果转化为教学素材
通过将本学科的前沿技术和所取得的科研成果引入到教学中，为教学提供了很好的素材，确保了课程教学的先进性。
教学效果
电子科技大学的学生评教体系由5部分组成，包括育人寓教、教学态度、教学内容、教学方法、表达与作业。
摘自:http://iask.sina.com.cn/b/10259784.html
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